Селектины ( кластер дифференцировки 62 или CD62 ) представляют собой семейство молекул клеточной адгезии (или CAM ). Все селектины представляют собой одноцепочечные трансмембранные гликопротеины , которые имеют сходные свойства с лектинами C-типа из-за родственного аминоконца и кальций-зависимого связывания. [2] Селектины связываются с фрагментами сахара и поэтому считаются разновидностью лектинов , белков клеточной адгезии, которые связывают полимеры сахара . [3]
Все три известных члена семейства селектина (L-, E- и P-селектин) имеют сходную структуру кассеты: N-концевой кальций-зависимый лектиновый домен, домен, подобный эпидермальному фактору роста (EGF), вариабельную количество единиц консенсусных повторов (2, 6 и 9 для L-, E- и P-селектина соответственно), трансмембранный домен (TM) и внутриклеточный цитоплазматический хвост (цито). Трансмембранная и цитоплазматическая части не консервативны у селектинов, что отвечает за их нацеливание на разные компартменты. [4] Хотя они имеют общие элементы, их распределение в тканях и кинетика связывания совершенно различны, что отражает их разную роль в различных патофизиологических процессах. [5]
Существует три подмножества селектинов:
L-селектин — самый маленький из сосудистых селектинов, экспрессируется на всех гранулоцитах и моноцитах и на большинстве лимфоцитов, его можно обнаружить в большинстве лейкоцитов. P-селектин, самый крупный селектин, хранится в α-гранулах тромбоцитов и в тельцах Вейбеля-Палада эндотелиальных клеток и транслоцируется на клеточную поверхность активированных эндотелиальных клеток и тромбоцитов. Е-селектин не экспрессируется в исходных условиях, за исключением микрососудов кожи, но быстро индуцируется воспалительными цитокинами.
Эти три типа имеют значительную степень гомологии последовательностей между собой (за исключением трансмембранных и цитоплазматических доменов) и между видами. Анализ этой гомологии показал, что домен лектина, который связывает сахара, наиболее консервативен, что позволяет предположить, что три селектина связывают сходные структуры сахара. Цитоплазматические и трансмембранные домены высококонсервативны между видами, но не консервативны среди селектинов. Эти части молекул селектина отвечают за их доставку в различные компартменты: P-селектин - к секреторным гранулам, E-селектин - к плазматической мембране и L-селектин - к кончикам микроскладок лейкоцитов. [4]
Название «селектин» происходит от слов «выбранный» и « лектины », которые представляют собой тип белка, распознающего углеводы. [6]
Селектины участвуют в конститутивном хоминге лимфоцитов, а также в хронических и острых воспалительных процессах, включая постишемическое воспаление в мышцах, почках и сердце, воспаление кожи, атеросклероз, гломерулонефрит и красную волчанку [4] и метастазы рака.
Во время воспалительной реакции сначала на эндотелиальных клетках экспрессируется Р-селектин, а затем Е-селектин. Стимулы, такие как гистамин и тромбин , заставляют эндотелиальные клетки мобилизовать немедленное высвобождение предварительно сформированного P-селектина из телец Вейбла-Палада внутри клетки. Цитокины , такие как TNF-альфа, стимулируют транскрипцию и трансляцию E-селектина и дополнительного P-селектина, что приводит к задержке на несколько часов. [7]
Когда лейкоцит катится по стенке кровеносного сосуда , дистальный лектиноподобный домен селектина связывается с определенными углеводными группами, представленными в белках (таких как PSGL-1 ) на лейкоците, что замедляет движение клетки и позволяет ей покинуть кровеносный сосуд. и попасть в очаг заражения. Низкая аффинность селектинов обеспечивает характерное «перекатывающее» действие, приписываемое лейкоцитам во время каскада адгезии лейкоцитов . [2]
Каждый селектин имеет домен распознавания углеводов, который опосредует связывание со специфическими гликанами на аппонирующих клетках. Они имеют удивительно схожие белковые складки и остатки, связывающие углеводы, [1] что приводит к перекрытию гликанов, с которыми они связываются.
Селектины связываются с детерминантой сиалила Льюиса X (SLe x ) «NeuAcα2-3Galβ1-4(Fucα1-3)GlcNAc». Однако SLe x сам по себе не представляет собой эффективный рецептор селектина. Вместо этого SLe x и родственные сиалилированные и фукозилированные гликаны являются компонентами более обширных детерминант связывания. [8]
Наиболее изученным лигандом для трех селектинов является гликопротеин-лиганд-1 P-селектина ( PSGL-1 ), который представляет собой гликопротеин муцинового типа, экспрессируемый на всех лейкоцитах.
Нейтрофилы и эозинофилы связываются с Е-селектином. Одним из известных лигандов Е-селектина является сиалированный антиген Льюиса X (SLe x ). Эозинофилы, как и нейтрофилы, используют сиалилированные, устойчивые к протеазам структуры для связывания с Е-селектином, хотя эозинофил экспрессирует гораздо более низкие уровни этих структур на своей поверхности. [9]
Лиганды P-селектина на эозинофилах и нейтрофилах представляют собой сходные сиалилированные, чувствительные к протеазе, устойчивые к эндо-бета-галактозидазе структуры, явно отличающиеся от тех, о которых сообщалось для E-селектина, и предполагают несопоставимую роль P-селектина и E-селектина во время рекрутирования. во время воспалительных реакций. [10]
Селектины имеют шарнирные домены, что позволяет им претерпевать быстрые конформационные изменения в наносекундном диапазоне между «открытой» и «закрытой» конформациями. Сдвиговое напряжение на молекуле селектина приводит к тому, что она переходит в «открытую» конформацию. [11]
При скручивании лейкоцитов «открытая» конформация селектина позволяет ему связываться с внутренними молекулами сиалила Льюиса дальше вверх по цепи PSGL-1, увеличивая общую аффинность связывания - если связь селектин-сиалил Льюиса разрывается, она может скользить и образовывать новые. связывается с другими молекулами сиалила Льюиса вниз по цепи. Однако в «закрытой» конформации селектин способен связываться только с одной молекулой сиалила Льюиса и, таким образом, имеет значительно сниженную аффинность связывания.
Результатом этого является то, что селектины демонстрируют поведение сцепления и скольжения - при низких напряжениях сдвига их сродство к связыванию фактически увеличивается за счет увеличения растягивающей силы, приложенной к связи, поскольку большее количество селектинов предпочитают «открытую» конформацию. При высоких стрессах аффинность связывания все еще снижается, поскольку связь селектин-лиганд все еще представляет собой нормальную скользящую связь. Считается, что этот порог напряжения сдвига помогает выбрать правильный диаметр кровеносных сосудов для инициации экстравазации лейкоцитов, а также может помочь предотвратить нежелательную агрегацию лейкоцитов во время сосудистого стаза. [12]
Становится очевидным, что селектин может играть роль в воспалении и прогрессировании рака. [4] Опухолевые клетки используют селектин-зависимые механизмы, опосредующие клеточное привязывание и перекатывающиеся взаимодействия посредством распознавания углеводных лигандов на опухолевых клетках для усиления метастазирования в отдаленные органы, [13] [14] демонстрируя «мимикрию лейкоцитов». [15]
Ряд исследований показали повышенную экспрессию углеводных лигандов на метастатической опухоли, [16] повышенную экспрессию Е-селектина на поверхности эндотелиальных сосудов в месте метастазирования опухоли, [17] и способность метастатических опухолевых клеток сворачиваться и прилипать. к эндотелиальным клеткам, что указывает на роль селектинов в метастазировании. [18] Помимо E-селектина, роль P-селектина (экспрессируемого на тромбоцитах) и L-селектина (на лейкоцитах) в распространении рака была предложена в том смысле, что они взаимодействуют с циркулирующими раковыми клетками на ранней стадии метастазы. [19] [20]
Селектины и лиганды селектина определяют органную селективность метастазирования. Несколько факторов могут объяснить теорию семян и почвы или возвращение метастазов. В частности, генетическая регуляция и активация специфических хемокинов, цитокинов и протеаз могут направлять метастазы в предпочтительный орган. Фактически, экстравазация циркулирующих опухолевых клеток в орган хозяина требует последовательных адгезионных взаимодействий между эндотелиальными клетками и их лигандами или контррецепторами, присутствующими на раковых клетках. Метастатические клетки, которые демонстрируют высокую склонность к метастазированию в определенные органы, с большей скоростью прикрепляются к эндотелиальным клеткам вен, изолированным из этих мест-мишеней. Более того, они проникают в ткань-мишень с большей скоростью и лучше реагируют на паракринные факторы роста, высвобождаемые из места-мишени.
Обычно взаимодействия раковых клеток и эндотелиальных клеток подразумевают сначала опосредованное селектином первоначальное прикрепление и перекатывание циркулирующих раковых клеток по эндотелию. Затем вращающиеся раковые клетки активируются локально высвобождаемыми хемокинами, присутствующими на поверхности эндотелиальных клеток. Это запускает активацию интегринов раковых клеток, обеспечивая их более прочную адгезию к членам семейства Ig-CAM, таким как ICAM, инициируя процессы трансэндотелиальной миграции и экстравазации.
Соответствующий набор эндотелиальных рецепторов иногда не экспрессируется конститутивно, и раковым клеткам приходится запускать их экспрессию. В этом контексте культуральные супернатанты раковых клеток могут запускать экспрессию E-селектина эндотелиальными клетками, что позволяет предположить, что раковые клетки могут сами высвобождать цитокины, такие как TNF-α, IL-1β или INF-γ, которые непосредственно активируют эндотелиальные клетки для экспрессировать E-селектин, P-селектин, ICAM-2 или VCAM. С другой стороны, некоторые исследования также показывают, что раковые клетки могут инициировать экспрессию молекул эндотелиальной адгезии более косвенными способами.
Поскольку адгезия нескольких раковых клеток к эндотелию требует присутствия эндотелиальных селектинов, а также сиалильных углеводов Льюиса на раковых клетках, степень экспрессии селектинов на сосудистой стенке и наличие соответствующего лиганда на раковых клетках являются определяющими для их адгезии. и экстравазацией в конкретный орган. Дифференциальный профиль экспрессии селектина на эндотелии и специфические взаимодействия селектинов, экспрессируемых эндотелиальными клетками потенциальных органов-мишеней, и их лигандов, экспрессируемых на раковых клетках, являются основными детерминантами, лежащими в основе органоспецифического распределения метастазов.
Селектины участвуют в проектах по лечению остеопороза — заболевания, которое возникает, когда клеток, создающих кость, называемых остеобластами , становится слишком мало. Остеобласты развиваются из стволовых клеток , и ученые надеются, что в конечном итоге смогут лечить остеопороз , добавляя стволовые клетки в костный мозг пациента . Исследователи разработали способ использования селектинов для направления стволовых клеток, введенных в сосудистую систему , в костный мозг. [21] Е-селектины конститутивно экспрессируются в костном мозге, и исследователи показали, что маркировка стволовых клеток определенным гликопротеином заставляет эти клетки мигрировать в костный мозг. Таким образом, селектины могут когда-нибудь сыграть важную роль в регенеративной терапии остеопороза. [22]